YY3型橫向加熱平臺石墨管結構性能的改進
作者： 2013年07月18日 來源： 瀏覽量：
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程志臣1聶同軍1陳友祎2（1：中原石油化工有限責任公司，河南濮陽市457000）（2：國家地質實驗測試中心，北京市100037）摘要：討論了部分元素在YY2和YY3型橫向加熱平臺石墨管中的原子化行為，考察了元素的靈敏度、精
程志臣1 聶同軍1 陳友祎2
（1：中原石油化工有限責任公司，河南 濮陽市 457000）
（2：國家地質實驗測試中心，北京市 100037）
摘要：討論了部分元素在YY2和YY3型橫向加熱平臺石墨管中的原子化行為，考察了元素的靈敏度、精密度、準確性。實驗表明，YY3圓形橫向加熱平臺石墨管的結構和原子化性比較優越，可以推廣使用。
關鍵詞：石墨爐原子吸收光譜；橫向加熱石墨管；原子吸收曲線
石墨爐原子吸收光譜法（GFAAS）的核心問題是原子化過程。它包括原子化器的結構、材質、升溫過程特性及瞬間原子吸收信號和原子化機理等（1）。傳統上石墨管的加熱方式為縱向加熱，這種方式易產生化學干擾，記憶效應大，原子化效率低。橫向加熱與縱向塞曼相結合的石墨爐1990年由美國Perkin-Elmer（PE）公司首先商品化（4100ZL型儀器），因其確有良好的分析性能，在整個90年代獲得了快速的發展（2）。但其關鍵而又易耗部件－－－－“石墨管”，價格昂貴，致使分析成本太高，限制了正常的使用。原國家地質實驗測試中心的陳友祎教授（現北京友誼丹諾科技有限公司）多年來一直從事石墨管的研制，造詣頗深。其研制的YY1、YY2型橫向加熱石墨管（3-4），性能優越，價格低廉。在此基礎上，借鑒國外產品的經驗，又研制了YY3型橫向加熱平臺石墨管，分析性能又上了一個新的臺階。
1 實驗部分
1.1儀器與主要試劑
PE5100ZL原子吸收光譜儀，帶PE軟件的工作站，AS-70自動進樣器，鉛、銅、鈀、錳、鎳、鉻、釩的空心燈，砷無極放電燈；無極放電燈電源EDL system2;國家地質實驗測試中心YY2型橫向加熱平臺石墨管（用YY2表示），YY3方形橫向加熱平臺石墨管（用YY3□表示），YY3圓形橫向加熱平臺石墨管（用YY3О表示）。
鉛、銅、鈀、砷、錳、鎳、鉻、釩的標準儲備液，均為1.000gL-1,根據需要配制成工作溶液，均保持0.16molL-1HNO3酸度。
濃HNO3和Mg（NO3）2均為優級純試劑，Mg（NO3）2溶液：10gL-1。
水為三次去離子水，電阻18M?以上。
氬氣：Φ=99.999%純度。
1.2 儀器的工作條件
燈電流：鉛10mA，銅15mA，錳20mA，鈀30mA，鎳25m A，鉻25mA，釩40mA，砷EDL290mA；加調制方式；通帶寬度錳和鎳為0.2nm Low，其余為0.7 nm Low，釩讀數時間延遲0.5s；積分方式為峰面積；石墨爐升溫程序，干燥階段兩步：110℃，升溫1s， 保持20s，130℃，升溫1s，保持10s；清除階段均為2400℃，升溫1s，保持2s，其它條件見表1。
表1 儀器的工作條件
Table Analytical parameters of the instrument
|
元素
element |
λ/nm |
灰化階段ashing |
原子化階段atomizing | ||||
|
T/℃ |
t升/S |
t升/S |
T/℃ |
t升/S |
t升/S | ||
|
Pb |
283.3 |
700 |
10 |
20 |
1300 |
0 |
3 |
|
Cu |
324.8 |
800 |
10 |
20 |
1900 |
0 |
5 |
|
As |
193.7 |
1100 |
10 |
20 |
2200 |
0 |
3 |
|
Mn |
279.5 |
1000 |
10 |
20 |
1900 |
0 |
3 |
|
Pd |
247.6 |
900 |
10 |
20 |
2200 |
0 |
5 |
|
Ni |
232.0 |
1100 |
10 |
20 |
2300 |
0 |
5 |
|
Cr |
357.9 |
1400 |
10 |
20 |
2300 |
0 |
3 |
|
V |
318.4 |
1400 |
10 |
20 |
2400 |
0 |
7 |
1.3 實驗方法
各元素的標準工作溶液濃度分別為：鉛、鈀、釩為100μgL-1，砷為50μgL-1，銅、鎳為25μgL-1，錳、鉻為10μgL-1。分別用YY2和YY3□、YY3О橫向加熱石墨管測試，由AS—70自動進樣器進樣，進樣量為20μl，基本改進劑Mg（NO3）2加入量鉛、砷、錳為5μl，鉻為2μl，其它測定元素不加。由儀器工作站自動存儲峰形及數據，之后備用。
2 結果與討論
2.1靈敏度比較
用GFAAS方法測試是，常以1%吸收時該元素的特征質量C.M（characteristic mass）來表示測試靈敏度。筆者分別測試了低溫元素鉛，中溫元素銅、砷、鈀、鎳、鉻和高溫元素釩，其特征質量C.M見表2。
表2 各元素的特征質量（m0）比較
Table 2 Characteristic mass （m0） of the elements
|
元素
element |
C.M（pg/0.0044A） | ||
|
YY2 |
YY3□ |
YY3О | |
|
Pb |
39.0 |
23.7 |
23.5 |
|
Cu |
14.6 |
10.4 |
10.0 |
|
As |
40.0 |
22.6 |
15.1 |
|
Mn |
4.0 |
2.7 |
2.5 |
|
Pd |
33.8 |
25.8 |
24.6 |
|
Ni |
17.1 |
14.5 |
14.8 |
|
Cr |
4.4 |
3.3 |
2.7 |
|
V |
51.7 |
/ |
31.1 |
2.2 精密度、準確度比較
在各元素的最佳程序溫度下，分別用YY2和YY3□、YY3О橫向加熱石墨管測試各元素的標準工作溶液11次，計算使用不同石墨管測定各元素的相對標準偏差，結果如表3所示。然后用各元素的單一標準工作溶液和機體改進劑及空白溶液，由自動進樣器稀釋成標準系列作工作曲線，在指定樣品處作標準加入回收實驗，各元素的加標回收率均在 98%-104%之間。
表3 YY2和YY3□、YY3О的精密度比較
Table 3 Precision of tested by YY2 ａnd YY3
|
元素
element |
RSD/% | ||
|
YY2 |
YY3□ |
YY3О | |
|
Pb |
2.28 |
2.16 |
1.91 |
|
Cu |
2.74 |
2.03 |
2.04 |
|
As |
1.97 |
1.92 |
1.64 |
|
Mn |
1.81 |
1.92 |
1.80 |
|
Pd |
2.20 |
2.12 |
2.14 |
|
Ni |
2.82 |
2.86 |
2.11 |
|
Cr |
3.11 |
2.74 |
2.36 |
|
V |
4.77 |
/ |
3.89 |
YY3型管的測試精密度對中低溫元素來說與YY2管基本相當，而對中高溫元素則有所提高。這既是由于YY3型管高靈敏度所致，也與YY3型管基體石墨及涂層質量好有關。
2.3 使用壽命
用中溫元素Mn作測試標準，每次進樣工作溶液20μl，一直燒到管子用壞為止，YY2和YY3□、YY3О石墨管加熱次數均為800次左右。筆者觀察到都是管兩端及上壁易損壞。若樣品中有機成分含量高，進樣孔處易積炭，引起靈敏度下降，精度變差，壽命縮短。溶液酸度太大也減少使用壽命，本文使用的是0.16molL-1的HNO3介質。
2.4 元素的吸收曲線輪廓
圖1為在YY2和YY3□、YY3О 石墨管中，Pb、As、Cu、Mn、Pd、Ni、Cr、V在各自程序溫度下的原子吸收曲線輪廓。
圖1 不同元素的原子吸收曲線輪廓
Fig.1 Atomic absorption peaks of different elements
a—YY2管；b— YY3□管；c—YY3О管
實驗表明，無論是易原子化的元素，還是難原子化的元素，YY3О管的峰面積均優于YY2和YY3□，原子吸收曲線輪廓也較理想。同時，不同的元素，靈敏度提高的程度也不同。靈敏度提高的原因一是由于石墨管兩端帶環，延長了石墨管恒溫區長度，基態原子在石墨管內停留時間變長，濃度增大；再者，YY3О管的電阻稍高，程序升溫性能強于YY3□和YY2。YY3□雖然兩端帶環，也能夠有效提高測試靈敏度，但是電阻低，測高溫元素時，儀器需要功率大，若加熱次數頻繁，有些儀器的斷電保護開關會跳閘，YY2也會出現類似的情況。因此，筆者對高溫元素，沒有進行較多的YY3□的試驗。
3 結束
研制YY型橫向加熱石墨管的目的就是在保證較高分析性能的前提下，大幅度降低分析成本。經過近幾年的摸索實踐，YY型橫向加熱石墨管的技術亦日臻成熟。筆者認為，測試中低溫元素，YY2 、YY3□和YY3О石墨管均可；測試高溫元素，以YY3О石墨管為好。作者相信，在研制者和使用者的共同努力下，YY3型橫向石墨管一定會成為我們分析儀器領域民族產品的一支奇葩。
4 參考文獻
（1） 馬怡載,何華焜,楊嘯濤. 石墨爐原子吸收分光光度法[M].北京: 原子能出版社,1989.第1、2章
（2） 胡延吉. 原子吸收光譜儀器九十年代前半期的重大發展[J].PE中國快訊.1997, （1）:3
（3） 程志臣,王學鋒,陳友祎等. 兩種橫向加熱石墨管原子化性能的比較[J].巖礦測試.2001,20（3）:220
（4） 程志臣,楊志杰,陳友祎等. YY2型橫向加熱石墨管原子化性能的研究.李東方主編.微量元素研究進展（第四輯）[M].上海: 第二軍醫大學出版社,2001.101
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